双向磁控电弧弧焊机器人的三维空间精度评价分析方法

发布时间：2017-08-24 01:45

  本文关键词：双向磁控电弧弧焊机器人的三维空间精度评价分析方法

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【摘要】：目前随着计算机科学、互联网、智能制造、人工智能等技术的发展,工业智能制造科技成为工业技术发展的潮流。在焊接领域,随着机器人自动化技术与计算机技术的深入融合,焊接自动化成为焊接技术未来发展方向。本文研究纵向磁场和横向磁场共同作用下焊接电弧的物理特征,根据焊接电弧在双向磁场环境下的物理特性,设计用于焊缝跟踪的双向磁控电弧传感器。采用COMSOL电磁仿真软件对双向磁控电弧传感器进行参数优化,根据优化后的参数设计双向磁控电弧传感器,通过实验分析双向磁控电弧传感器对焊缝跟踪精度的影响。为了进一步分析评价双向磁控电弧传感器作用下的焊缝跟踪精度,文中建立了基于三维空间焊缝跟踪精度分析评价方法,通过MATLAB仿真软件对三维空间焊缝进行仿真分析,验证所建立精度模型的正确性。文中采用双向磁控电弧传感器焊缝跟踪系统,通过仿真和实验相结合的方法分析比较双向磁控电弧传感器与传统磁控电弧传感器对焊缝跟踪精度的影响。本论文研究的主要内容:1、分析双向磁控电弧传感器的工作原理,分析纵向磁场和横向磁场对焊接电弧的物理作用。分析双向磁控电弧传感器与传统磁控电弧传感器,比较新型双向磁控电弧传感器的优点。根据磁场对焊接电弧的作用,优化双向磁控电弧传感器的结构。2、对双向磁控电弧焊缝跟踪传感器进行结构设计,并设计双向磁控电弧传感器水冷系统。选择匹配纵向励磁系统和横向励磁系统之间的关系,优化双向磁控电弧传感器的相关的物理参数。3、通过COMSOL电磁仿真软件,对双向磁控电弧传感器进行电磁仿真分析,仿真分析双向磁控电弧传感器的励磁电流、磁导率和空气间隙等参数。通过实验验证双向磁控电弧传感器的焊缝跟踪信号的影响,分析比较传统的磁控电弧传感器和双向磁控电弧传感器对焊缝跟踪精度的影响。4、建立基于三维空间的焊缝跟踪精度评价方法数学模型,通过MATLAB对所建立的数学模型进行仿真分析。该模型由焊接电流、焊炬高度和焊接速度等焊接参数组成,分别研究焊接电流和焊接速度对焊缝跟踪精度的影响关系,验证建立的三维空间焊缝跟踪精度模型的有效性和准确性。
【关键词】：双向磁控电弧传感器 有限元电磁场分析 焊缝跟踪精度 精度评价 焊缝跟踪
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG409;TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 背景和意义9-10
• 1.2 电弧传感焊接机器人焊缝跟踪系统10-13
• 1.2.1 接触式传感器11
• 1.2.2 非接触式传感器11-12
• 1.2.3 电弧式传感器12
• 1.2.4 磁控电弧式传感器12-13
• 1.3 焊缝跟踪精度评价方法研究现状13-14
• 1.4 本论文研究的内容14-16
• 第2章 双向磁控电弧式焊缝跟踪传感器原理及结构设计16-29
• 2.1 双向磁控电弧式焊缝跟踪传感器工作原理16-20
• 2.1.1 纵向磁场对焊接电弧的影响16-17
• 2.1.2 横向磁场对焊接电弧的影响17-18
• 2.1.3 双向磁场磁控电弧传感器的工作原理18-20
• 2.2 双向磁控电弧式焊缝跟踪传感器结构设计20-23
• 2.3 双向磁控电弧传感器的冷却装置23
• 2.4 双向磁控电弧传感器的系统结构23-28
• 本章小结28-29
• 第3章 基于COMSOL电磁场分析的双向磁控传感器的参数优化设计29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 双向磁控电弧传感器有限元建模29-30
• 3.2.1 双向磁控电弧传感器结构设计29
• 3.2.2 双向磁控电弧传感器有限元建模29-30
• 3.3 双向磁控电弧传感器有限元分析30-37
• 3.3.1 有限元建模及网格划分30
• 3.3.2 铁芯磁导率对磁场的影响30-33
• 3.3.3 励磁电流大小对磁场的影响33-35
• 3.3.4 空气间隙对磁场的影响35-37
• 本章小结37-38
• 第4章 双向磁控电弧传感器的焊缝跟踪系统及信号分析38-49
• 4.1 引言38
• 4.2 双向磁控电弧弧焊机器人硬件设计38-42
• 4.2.1 纵向磁场波形发生器的电路设计38-39
• 4.2.2 采样定位硬件电路的选择设计39-41
• 4.2.3 双向磁控电弧焊接机器人硬件电路设计41-42
• 4.3 双向磁控电弧弧焊机器人控制系统42-45
• 4.3.1 双向磁控电弧弧焊机器人系统42-43
• 4.3.2 PID控制系统原理介绍43-44
• 4.3.3 焊缝跟踪系统PID控制方法44-45
• 4.4 双向磁控电弧焊缝跟踪信号的实验分析45-47
• 4.4.1 传统磁控电弧传感器的焊缝跟踪信号45-46
• 4.4.2 双向磁控电弧传感器的焊缝跟踪信号46-47
• 本章小结47-49
• 第5章 基于三维空间的焊缝跟踪精度分析评价方法49-61
• 5.1 引言49
• 5.2 弧焊机器人焊缝跟踪精度模型的描述方法49-51
• 5.3 弧焊机器人焊缝跟踪精度误差影响因素51-54
• 5.3.1 系统延时对焊缝精度的影响分析51-52
• 5.3.2 焊接电流与焊缝跟踪精度模型的关系52-54
• 5.4 焊接参数对焊缝跟踪精度影响的仿真分析54-60
• 5.4.1 焊接电流对焊缝跟踪精度的影响55-57
• 5.4.2 焊接速度对焊缝跟踪精度的影响57-60
• 本章小结60-61
• 第6章 双向磁控传感器对焊缝熔宽的影响实验61-65
• 6.1 实验目的及实验条件61-63
• 6.2 焊缝跟踪实验方法及过程63-64
• 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 参考文献67-69
• 致谢69-70
• 附录A (攻读硕士学位期间发表的论文)70
• 附录B (发明专利以及校级奖励)70
• 附录C (参与项目情况)70

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本文编号：728520